TASCHENLUFTFILTER: MIT SYNTHETISCHEM KOMPOSITVLIESSTOFF ZU HÖHEREN STANDZEITEN.

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1 FACHAUFSATZ 1 - Seite 1 von 8 TASCHENLUFTFILTER: MIT SYNTHETISCHEM KOMPOSITVLIESSTOFF ZU HÖHEREN STANDZEITEN. VON DR.-ING. HENRIK BADT Zusammenfassung Taschenfilter werden in Klima- und Lüftungsanlagen zur Abscheidung von luftgetragenen Stäuben eingesetzt. Seit einiger Zeit sind hierfür Filtermedien aus elektrisch ungeladenen, organischen Synthetikfasern, sogenannte Kompositvliesstoffe, erhältlich. Der Einsatz von Kompositvliesstoffen führt zum einen zu deutlich höheren Filterstandzeiten als bei herkömmlichen Taschenfiltern, da eine gleichmäßigere Partikeleinlagerung stattfindet. Vor allem aber erscheinen synthetische Kompositvliesstoffe für den Menschen als gesundheitlich ungefährlich im Gegensatz zu den in Mißkredit geratenen Glasfaservliesstoffen. Die Aufgabe Seit mehr als 20 Jahren werden zur Raumluftfiltration in den höheren Güteklassen (EU 5 - EU 9) Taschenfilter aus Glasfaservliesstoffen verwendet. Seit Mitte der achtziger Jahre mehren sich die Stimmen, die das Einatmen von Glasfasern als gesundheitsgefährlich für den Menschen ansehen. Diese Entwicklung gipfelte im Juni 1994 darin, daß der Bundesarbeitsminister Glasfasern bestimmter Geometrie wegen ihrer nachgewiesenen krebserzeugenden Wirkung in die Gefahrstoffverordnung aufnahm. Auch wenn derzeit daraus für den Anwender von Glasfasertaschenfiltern keine bindenden Verordnungen resultieren, besteht doch mittlerweile ein drängender Bedarf nach unbedenklichen Alternativmaterialien. Außerdem wird von derartigen Materialien gefordert, daß sie schonend mit unseren knapper werdenden Ressourcen umgehen und einen hohen Ausnutzungsgrad sprich Filterstandzeit besitzen. Eine hohe Standzeit führt letztlich auch zu einem wirtschaftlichen Vorteil, da Filter seltener gewechselt werden müssen und dadurch Personalkosten und Ausfallzeiten von Filteranlagen verringert werden.

2 FACHAUFSATZ 1 - Seite 2 von 8 Diese Überlegungen führten bei der Firma KALTHOFF Luftfilter und Filtermedien GmbH in Zusammenarbeit mit Prof. Dr.-Ing. U. Werner, Inhaber des Lehrstuhls Mechanische Verfahrenstechnik der Universität Dortmund sowie einem weiteren vliesstoffproduzierenden Unternehmen zu der gemeinschaftlichen Entwicklung von synthetischen Kompositvliesstoffen. Nachdem in vorangegangenen Veröffentlichungen / 1, 2, 3, 4/ über die reinen Filtermedieneigenschaften berichtet wurde, soll in diesem Beitrag das Verhalten des kompletten Taschenfilters betrachtet werden. Die Lösung: KALTHOFF Kompositvliesstoffe Ein Kompositvliesstoff ist ein mehrschichtig aufgebautes Filtermedium aus elektrisch ungeladenen organischen Synthetikfasern. Der Schichtaufbau ist progressiv, d. h. die Filterfeinheit nimmt in Richtung zur Reinluftseite zu. So werden auf der Staubluftseite zuerst die Grobpartikel, mit zunehmender Filterschichttiefe mehr und mehr auch die Feinpartikel zurückgehalten bis die erforderliche Luftreinheit erreicht ist. Durch die stufenweise Abscheidung wird das gesamte Filtermedium gleichmäßig genutzt. Es ergibt sich ein günstiger Differenzdruckanstieg, eine große Staubspeicherfähigkeit und damit eine hohe Wirtschaftlichkeit. Abb.1: Taschenluftfilter aus synthetischem Kompositvliesstoff Als Grobfilterschicht wird ein offenporiger Mikrofaservliesstoff verwendet. Die Feinfilterschichten werden durch ultrafeine schmelzgeblasene Spinnvliesstoffe gebildet. Aufbau und Abstimmung dieser Spinnvliesstoffe bestimmen, ob ein Filter die Güteklasse EU6/F6 oder EU8/F8 erreicht. In Abb. 1 ist ein Taschenfilter der Güteklasse EU7/F7 dargestellt. Die Konfektionierung mit 8 Einzeltaschen sowie der Einsatz von glatt anliegenden Strömungsleisten unterstützen die Wirtschaftlichkeit des Filters.

3 FACHAUFSATZ 1 - Seite 3 von 8 Die Trennkurve bestimmt die erreichbare Luftreinheit Die Auswahl eines Taschenfilters wird nach den Anforderungen an die zu erreichende Luftreinheit getroffen, d. h. nach der Frage, welche Staubpartikel abgeschieden und welche auf die Reinluftseite des Filters gelangen dürfen. Die direkte Antwort auf die Frage gibt die Trennkurve. Hier wird der Partikelabscheidegrad oder Trenngrad gegen die Partikelgröße aufgetragen. Ein Trenngrad von z. B. 85 % für 1 µm-partikel bedeutet (s. Abb. 2, Kurve TC 85), daß diese Partikelgröße zu 85 % abgeschieden und zu 15 % durchgelassen wird. Die Kenntnis der Trennkurven ist für den Filterentwickler wie für den Anwender gleichermaßen wichtig, denn auf diese Weise kann überprüft werden, ob die angestrebte Luftreinheit auch tatsächlich erreicht wird. Abb. 2: Trennkurvendarstellung für die synthetischen Komposittaschenfilter TC 85 (EU7/F7) und TC 95 (EU8/F8)

4 FACHAUFSATZ 1 - Seite 4 von 8 Die synthetischen Kompositvliesstoffe verfügen über hohe Trenngrade im relevanten Partikelgrößenbereich. Selbst die 0,5 µm-feinstpartikel werden nach Abb. 2 vom TC 85 (EU7/F7) noch zu 74 %, vom TC 95 (EU8/F8) sogar zu 85 % abgeschieden. Partikel größer als 5 µm werden von beiden Filtertypen vollständig zurückgehalten. Damit sind synthetische Kompositvliesstoffe den herkömmlichen Glasfaservliesstoffen überlegen. Diese Überlegenheit bestätigt sich auch im ASHRAE-Test bzw. der Prüfprozedur nach DIN sowie DIN-EN 779. In Abb. 3 ist der Filterwirkungsgrad, also der Abscheidegrad für das natürliche Umgebungsaerosol, gegen die aufgegebene Staubmenge aufgetragen. Hier weist das Kompositfilter TC 85 (EU7/F7) über die gesamte Bestaubung höhrere Werte auf als das herkömmliche Glasfaserfilter T 85 (EU7). Das Staatliche Materialprüfungsamt hat deshalb das Taschenfilter TC 85 unter den Prüfbedingungen der neuen, verschärften Euronorm DIN- EN 779 geprüft und für die Güteklasse EU7 und F7 zertifiziert / 5 /. Abb. 3: Darstellung des Filterwirkungsgrades als Funktion der Staubaufgabe für das Glasfaserfilter T85 (EU7) und das synthetische Kompositfilter TC 85 (EU7/F7)

5 FACHAUFSATZ 1 - Seite 5 von 8 Hohe Staubspeicherfähigkeit senkt Kosten Neuentwicklungen müssen nicht nur über technische Vorteile verfügen. Sie müssen vor allem auch wirtschaftlich sein. Die Wirschaftlichkeit eines Luftfilters wird bestimmt durch die Anschaffungskosten, die Nebenkosten im Zusammenhang mit dem Filterwechsel und die Energiekosten. Hierin spielt der Filterdruckverlust die zentrale Rolle. Häufig wird hierunter allein der Anfangsdruckverlust des Filters im unbestaubten Zustand verstanden. Viel wichtiger für die Wirtschaftlichkeit ist aber der Druckverlust unter der Bestaubung. Um diese Bedeutung aufzuzeigen, sei erneut auf die Filterprüfung nach DIN-EN 779 verwiesen. Hier werden die Filter solange mit einem künstlichen Teststaub beaufschlagt, bis der Druckverlust auf den definierten Endwert von 450 Pa angestiegen ist. Dann gilt die maximale Staubspeicherfähigkeit des Filters als erreicht. In Abb. 4 sind zwei Druckverlustverläufe für Taschenfilter gleicher Konfektionierung dargestellt und zwar zum einen aus herkömmlichem Glasfaservliesstoff T 85 (EU7), zum anderen aus synthetischem Kompositvliesstoff TC 85 (EU7/F7) / 5 /. Obwohl beide Filter über nahezu den gleichen Anfangsdruckverlust verfügen, besteht im Druckverlustverlauf ein deutlicher Unterschied. Beim Glasfaserfilter findet ein steiler Anstieg statt, der Endwert von 450 Pa wird bereits nach der Aufgabe von ca. 510 g Staub erreicht. Beim synthetischen Kompositfilter dagegen steigt der Druckverlust deutlich langsamer an, und die Staubaufgabe bis zum Druckverlustendwert beträgt knapp 820 g. Damit besitzt das Kompositfilter eine um mehr als 60 % höhere Staubspeicherkapazität, was einer ebenso großen Standzeitverlängerung entspricht. Ein Kompositfilter kann deutlich länger in einer Anlage verbleiben und spart damit Anschaffungs-, Wechsel- und Energiekosten sprich ist wirtschaftlicher als ein herkömmliches Glasfaserfilter.

6 FACHAUFSATZ 1 - Seite 6 von 8 Abb. 4: Darstellung des Druckverlustverlaufes während einer Bestaubung gemäß DIN-EN 779 für das Glasfaserfilter T 85 (EU7) und das synthetische Kompositfilter TC 85 (EU7/F7) Der Grund dafür liegt in der stufenweisen Abscheidung von Grobpartikeln in der grobporigen Vorfilterschicht und Feinpartikeln in den Feinfaserschichten. So wird das Filtermedium gleichmäßig ausgenutzt und eine allzu frühe Filterkuchenbildung verhindert. Ein ähnliches Bild ergibt sich im Praxiseinsatz dieser Filter. Auch hier finden sich deutlich höhere Standzeiten. Der Anwender reagiert darauf mit zwei unterschiedlichen Verhaltensweisen. Die einen Anwender profitieren tatsächlich von den langen Standzeiten der Kompositfilter und verlängern ihre Wechselintervalle entsprechend. Die anderen Anwender mit feststehenden Wartungszyklen ordern die Kompositfilter mit geringeren Filterflächen und reduzieren damit die Anschaffungs- und Entsorgungskosten.

7 FACHAUFSATZ 1 - Seite 7 von 8 Umweltverträglichkeit und Filtersicherheit großgeschrieben Zu guter Letzt ist der Umweltaspekt beim Einsatz von synthetischen Kompositfiltern hervorzuheben. Sowohl für die Menschen, die durch Herstellung, Wartung und Entsorgung Umgang mit Taschenfiltern haben, als auch für die Nutzer von klimatisierten Räumen ist es unabdingbar, mit Materialien konfrontiert zu werden, die im Sinne der Gefahrstoffverordnung gesundheitlich unbedenklich sind. Dazu genau zählen die synthetischen Kompositfilter, die aus reinen organischen Fasern bestehen, die nicht brechen und nicht von der Filteroberfläche abgeweht werden. Die Filter sind frei von chemischen Zusatzstoffen wie Bindemitteln, Lösungsmitteln sowie Farb- und Klebstoffen. Ein Einsatz in der Lebensmittelindustrie ist uneingeschränkt möglich. Die Filter zeichnen sich weiterhin durch ein hohes Maß an Filtersicherheit aus. Eine reißfeste stabile Schutzlage macht die Filter steif und robust und führt zu hohen mechanischen Festigkeiten und Berstdrücken. Die Filterwirkung basiert allein auf mechanischen Wirkungen und kommt ohne den Einsatz von elektrostatischen Effekten aus. Dadurch sind synthetische Kompositfilter unter sämtlichen gängigen Betriebsbedingungen einsetzbar, auch bei hohen Luftfeuchten und erhöhten Temperaturen. Alles in allem stellen Taschenfilter aus synthetischen Kompositvliesstoffen ein in sich stimmiges und wohl durchdachtes Filterkonzept dar, welches in Zukunft sicher weiter Beachtung finden wird.

8 FACHAUFSATZ 1 - Seite 8 von 8 Literatur /1/ Badt, H.: Untersuchung des Trenn- und Druckverlustverhaltens von Tiefenfiltern für die Raumluftfiltration; VDI-Fortschrittberichte Reihe 3, Nr. 341, Düsseldorf (1993) /2/ Badt, H.; Thiele, R.: Vortrag Techtextil Symposium Nr. 2.23, Frankfurt (1994) /3/ Badt, H.: Grob und fein: Die Formel zur optimalen Abscheidung; CCI 28 (1994)10, S /4/ Werner, U.; Badt, H.; Kompositvliesstoffe aus organischen Synthetikfasern zur Thiele, R.: Raumluftfiltration; Filtrieren und Separieren 9 (1995) 1 /5/ Filterprüfung des Staatl. Materialprüfungsamtes NRW Nr Autor: Dr.-Ing. Henrik Badt, Leiter Technik und Entwicklung der, Selm Fachaufsatz 1 stellt eine Veröffentlichung aus der Zeitschrift Verfahrenstechnik, Ausgabe 3/95 dar.

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